Расчет кпд для вентиляторов

Несмотря на это, вентиляторы изготавливаются чаще с небольшими углами ( < 90°) наклона лопастей, так как при этом улучшается обтекаемость, уменьшаются завихрения газа и связанные с ними потери напора, а отсюда увеличивается коэффициент полезного действия.

Действительный напор Н_в, создаваемый вентилятором, меньше теоретического по двум причинам: 1) часть напора затрачивается на преодоление сопротивлений внутри вентилятора; 2) не все частицы газа в межлопастном канале движутся по одинаковым траекториям, поэтому параллелограммы скоростей на выходе из колеса для разных струек различны. Так как учесть величину напора расчетным путем не представляется возможным, то зависимость действительного напора вентилятора от производительности Н_в = f₁(Q), N = f₂ (Q) и =f₃ (Q) определяют на основании опытных данных, т.е. результатов испытаний.

Характеристика вентилятора.

Графическое изображение указанных зависимостей называется характеристикой вентилятора. Эти характеристики в зависимости от конструкции вентилятора изображаются кривыми различной формы и являются критерием при исследовании работы вентилятора в различных условиях, а также при проектировании вентиляционных установок.

Типичная характеристика центробежного вентилятора при постоянном числе оборотов представлена на рис.3.

Характеристика сети.

Если вентилятор подает газ по какому-либо трубопроводу или каналу, то характеристику Н = f(Q) можно определить и для сети. Сетью называется тот трубопровод или канал, на который работает вентилятор. Известно, что напор Н_в, создаваемый вентилятором при работе на сеть, расходуется на преодоление трения, а также на создание динамического (скоростного) напора,

где — коэффициент трения;

l — длина трубопровода, м;

d — диаметр трубопровода, м;

— коэффициент местного сопротивления;

— линейная скорость газа, м/с;

g — ускорение силы тяжести, м/с 2 .

Подставив в это уравнение значение скорости из уравнения расхода , где F — площадь поперечного сечения трубопровода, и обозначая

получим уравнение характеристики сети

Это уравнение выражает зависимость между расходом проходящего по трубопроводу (сети) газа Q и напором Н_с, м, необходимым для преодоления всех гидравлических сопротивлений трубопровода (сети) и создания скоростного напора. Коэффициент в уравнении (9) можно принять постоянным для данной сети, т.е. независимым от расхода газа.

Построение на одном графике и в одном масштабе характеристик вентилятора и характеристик сети позволяет определить производительность Q, напор Н_в, создаваемый вентилятором при работе на данную сеть, затрачиваемую при этом мощность N и КПД вентилятора . На рис.4 изображен подобный график.

Пересечение характеристики трубопровода с характеристикой вентилятора Н_в=f₁(Q) дает так называемую «рабочую точку». Эта точка определяет условия совместной работы системы вентилятор-трубопровод (сеть), когда Н_B = Нc, т.е. когда напор, создаваемый вентилятором, равен напору, теряемому в сети. Если провести через рабочую точку вертикальную линию, то она пересечет также и кривые N = f₂(Q) и = f₃ (Q) и ось абсцисс Q в точках, определяющих показатели работы вентилятора на данную сеть. Например, для рабочей точки М параметры работы вентилятора следующие: производительность – Q₁; напор – Н₁; потребляемая мощность – N_1;КПД — . Положение рабочей точки дает возможность судить об экономичности использования вентилятора в данных условиях.

2. Практическая часть.

2.1. Расчет вентилятора.

Рассчитаем оптимальный диаметр воздуховода по формуле:

, Q=4000 нм 3 /ч при температуре t=60 o C

Пересчитаем расход при нормальных условиях в расход при нашей температуре:

Источник

Тема 3.3 Подача, мощность, КПД вентилятора. Выбор вентилятора по заданным параметрам

Работа вентилятора при заданной частоте вращения характеризуется объёмной подачей Q, полным давлением р, мощностью N, полным КПД .

Однако в некоторых случаях для вентиляторов характерно не полное давление, развиваемое ими, а лишь его статическая часть или статический напор . В таких случаях оценка энергетической эффективности вентилятора производится статическим КПД — .

Статический КПД — отношение полезной мощности, расходуемой на развитие статического давления, к мощности, подводимой на вал вентилятора от двигателя.

Соотношение между и р характеризуется степенью реактивности машины. Зависящей от лопастного угла . Поэтому для разных типов вентиляторов различно и соотношение между и . Ориентировочно .

Подача центробежных вентиляторов общего назначения достигает примерно 300 тыс. м /ч, давление примерно 12 кПа. В стационарной теплоэнергетике применяют вентиляторы с подачей до 900тыч. м /ч и давлением до 7 кПа. Полный КПД крупных центробежных вентиляторов достигает 87 %.

Предварительным расчётом системы, в которую включается вентилятор, при заданной подаче Q определяется необходимое давление вентилятора р. Имея в виду ошибки, возможные в расчёте потерь давления в системе, вводят гарантийные запасы в рабочих параметрах и вентиляторы общего назначения выбирают на подачу 1,05Q и давление 1,1р. Дутьевые вентиляторы и дымососы выбирают на подачу 1,1Q и давление 1,2р.

Данные каталогов (таблицы и графики) относятся обычно к нормальным условиям (

Простой и надёжный способ выбора вентиляторов основан на использовании сводных графиков (смотри пройденный материал). Откладывая на координатных осях сводного графика значения и и проводя нормали к осям. Получаем точку пересечения, попадающую в поле рабочих параметров, определяющее необходимый типоразмер и частоту вращения вентилятора.

Необходимая мощность вентилятора рассчитывается по формуле (2.53).

Мощность приводного двигателя принимается с запасом, учитывающим возможное отклонение режима от расчётного уменьшения КПД и ухудшения изоляции двигателя в процессе работы:

Источник

Описание расчета осевого вентилятора

После того как сеть воздуховодов спроектирована и просчитана, наступает время подобрать под эту систему вентиляционную установку для подачи и обработки воздуха. Сердцем вентиляционной системы является вентилятор, приводящий в движение воздушные массы и призванный обеспечить необходимый расход и давление в сети. В этом качестве часто выступает агрегат осевого типа. Чтобы необходимые параметры были выдержаны, вначале следует произвести расчет осевого вентилятора.

Осевой вентилятор используется в системах воздуховодов для перемещения больших масс воздуха.

Общее понятие о конструкции агрегата и его назначении

Осевой вентилятор – это лопастная воздуходувная машина, которая передает механическую энергию вращения лопастей рабочего колеса воздушному потоку в виде потенциальной и кинетической энергии, а он затрачивает эту энергию на преодоление всех сопротивлений в системе. Осью рабочего колеса данного типа является ось электродвигателя, она располагается по центру воздушного потока, а плоскость вращения лопастей перпендикулярна ему. Агрегат перемещает воздух вдоль своей оси за счет лопаток, повернутых под углом к плоскости вращения. Крыльчатка и электродвигатель закреплены на одном валу и постоянно находятся внутри воздушного потока. Такая конструкция имеет свои недостатки:

Место установки вентилятора.

Агрегат не может перемещать воздушные массы с высокой температурой, которые могут повредить электродвигатель. Рекомендуемая максимальная температура – 100° C.
По той же причине не допускается применять этот тип агрегатов для перемещения агрессивных сред или газов. Перемещаемый воздух не должен содержать липких включений или длинных волокон.
В силу своей конструкции осевой вентилятор не может развивать высокое давление, поэтому непригоден к использованию для вентиляционных систем большой сложности и протяженности. Максимальное давление, которое может обеспечить современный агрегат осевого типа, находится в пределах 1000 Па. Однако, существуют специальные шахтные вентиляторы, конструкция привода которых позволяет развивать давление до 2000 Па, но тогда уменьшается максимальная производительность – до 18000 м³/ч.

Достоинства этих машин следующие:

Устройство осевого вентилятора.

вентилятор может обеспечить большой расход воздуха (до 65000 м³/ч);
электродвигатель, находясь в потоке, успешно охлаждается;
машина не занимает много места, имеет небольшой вес и может быть установлена прямо в канале, что снижает затраты при монтаже.

Все вентиляторы классифицируются по типоразмерам, указывающим на диаметр рабочего колеса машины. Данную классификацию можно увидеть в Таблице 1.

Типоразмер	3	4	5	6	8	10	12	12,5	16	20	25	30	40
Диаметр рабочегоколеса, мм	320	400	500	630	800	1000	1200	1250	1600	2000	2500	3200	4000

Описание вычислений параметров воздуходувной машины

Расчет вентиляционного агрегата любого типа выполняется по индивидуальным аэродинамическим характеристикам, не является исключением и осевой вентилятор. Вот эти характеристики:

Установка осевого вентилятора.

Объемный расход или производительность.
Коэффициент полезного действия.
Мощность, необходимая для привода агрегата.
Действительное давление, развиваемое агрегатом.

Производительность была определена ранее, когда выполнялся расчет самой вентиляционной системы. Вентилятор должен ее обеспечить, поэтому значение расхода воздуха остается неизменным для расчета. Если же температура воздушной среды в рабочей зоне отличается от температуры воздуха, проходящего через вентилятор, то производительность следует пересчитать по формуле:

L = Ln x (273 + t) / (273 + tr), где:

Ln – необходимая производительность, м³/ч;
t – температура воздуха, проходящего через вентилятор, °C;
tr – температура воздуха в рабочей зоне помещения, °C.

Определение мощности

После того как необходимое количество воздуха окончательно определено, нужно выяснить мощность, необходимую для создания расчетного давления при этом расходе. Расчет мощности на валу рабочего колеса производится по формуле:

NB (кВт) = (L x p) / 3600 x 102ɳв x ɳп, здесь:

Технические характеристики осевых вентиляторов.

L – производительность агрегата в м³ за 1 секунду;
p – необходимый напор вентилятора, Па;
ɳв – значение КПД, определяется по аэродинамической характеристике;
ɳп – значение КПД подшипников агрегата, принимается 0,95-0,98.

Значение установочной мощности электродвигателя отличается от мощности на валу, последняя учитывает только нагрузку в рабочем режиме. При пуске любого электродвигателя происходит скачок силы тока, следовательно, и мощности. Этот пусковой пик должен быть учтен при расчете, поэтому установочная мощность электродвигателя будет:

Ny = K NB, где K – коэффициент запаса на пусковой момент.

Значения коэффициентов запаса при различной мощности на валу отражены в Таблице 2.

Мощность на валу, кВт	До 0,5	0,51 – 1,0	1,01 – 2,0	2,01 – 5,0	Свыше 5,0
Коэффициент запаса для осевых вентиляторов	1,2	1,15	1,1	1,05	1,05

Если агрегат устанавливается в помещении, в котором температура воздуха может достигать по разным причинам +40° C, то параметр Ny следует увеличить на 10%, а при +50° C установочная мощность должна быть выше расчетной на 25%. Окончательно этот параметр электродвигателя принимают по каталогу завода-производителя, выбрав ближайшее большее значение к расчетному Ny с просчетом всех запасов. Как правило, воздуходувную машину устанавливают до теплообменника, который нагревает воздух для дальнейшей его подачи в помещения. Тогда электродвигатель будет запускаться и работать на холодном воздухе, что есть более экономично в плане расхода электроэнергии.

Воздуходувные машины разных типоразмеров могут быть укомплектованы электродвигателями различной мощности в зависимости от напора, который требуется получить. Каждая модель агрегата имеет свою аэродинамическую характеристику, которую завод-производитель отражает в своем каталоге в графическом виде. Коэффициент полезного действия – величина переменная для различных условий работы, окончательно ее можно будет выяснить по графической характеристике вентилятора, опираясь на величины производительности, расхода и установочной мощности, вычисленные ранее.

Основная задача расчета и подбора вентилятора – выполнить требования по перемещению необходимого количества воздуха с учетом сопротивления сети воздуховодов, при этом добиться максимального значения КПД агрегата.

Если рабочая точка, определенная на графической характеристике по значениям давления и производительности, указывает на низкий КПД, следует взять вентилятор другого типоразмера.

Еще один параметр, характеризующий воздуходувные машины, называют удельной быстроходностью. Ее величина показывает, какая должна быть скорость вращения рабочего колеса вентилятора при нормальных условиях работы, чтобы переместить 1 м³ воздуха за 1 секунду, при этом развивается напор 10 Па и максимальное значение КПД. Расчет данного параметра выполняется по формуле:

nуд = 5,3 (Q0,5 / p0,75) n.

nуд – величина удельной быстроходности, об/мин;
Q – объемный расход воздуха, м³ за секунду, Q = L / 3600;
p – необходимое давление, полученное в результате расчета, Па;
n – скорость вращения рабочего колеса согласно каталогу производителя, об/мин.

Читайте также: Вентилятор вентс 125 свк

Практические расчеты по данной формуле показывают, что осевые вентиляторы большой производительности и малого напора отличаются большей быстроходностью, и наоборот. Например, агрегаты с низким давлением имеют показатель быстроходности более 200 об/мин, а с высоким – от 50 до 100 об/мин.

Источник

Расчет и выбор вентилятора. Физический смысл уравнения Бернулли. Полный напор и его составляющие

Характеристика вентилятора.

Типичная характеристика центробежного вентилятора при постоянном числе оборотов представлена на рис.3.

Характеристика сети.

где — коэффициент трения;

l — длина трубопровода, м;

d — диаметр трубопровода, м;

— коэффициент местного сопротивления;

— линейная скорость газа, м/с;

g — ускорение силы тяжести, м/с 2 .

получим уравнение характеристики сети

2. Практическая часть.

2.1. Расчет вентилятора.

Рассчитаем оптимальный диаметр воздуховода по формуле:

, Q=4000 нм 3 /ч при температуре t=60 o C

Пересчитаем расход при нормальных условиях в расход при нашей температуре:

Источник